Füüsika 1 labor Hääle kiirus (1)

 
 
 
 
 
 
 
HÄÄLE KIIRUS 
LABORATOORSED  TÖÖD 
Õppeaines: FÜÜSIKA I  
 
Mehaanikateaduskond  
Õpperühm: TI-11 (B2) 
Juhendaja : Karli Klaas 
 
Esitamiskuupäev: 17.11.2015 
 
 
 
Tallinn 2015 
1. Tööülesanne 
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine ohus. 
 
2. Töövahendid 
Heligeneraator , valjuhääldi , mikrofin, ostsilloskoop. 
 
3. Töö teoreetilised  alused 
Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub: 
 
 
ν = λ ∙ ƒ 
 
kus v on lainete levimise kiirus, λ –  lainepikkus , ƒ – sagedus. 
Seega kui heli kiirus gaasis on määratud, saab χ arvutada valemi järgi: 
 
𝝁𝝂𝟐
χ = 
 
𝑹𝑻
 
R – universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ) 
T – absoluutne temperatuur ( °K) 
μ – moolmass (ohu jaoks μ =29·10 –3 kg/mol) 
Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, 
näiteks 00C juures. 
Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit või 
kirjutada 
 
 
𝝂
V0 = 
 
𝟏+𝟎,𝟎𝟎𝟐𝒕
 
Kus t on gaasi temperatuur 0C. 
 
 
Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks . 
 
Heligeneraatori  G  väljundklemmidelt  saadav  helisageduslik  siinussignaal  muundatakse 
valjuhääldi VH abil helivõnkumisteks. Kaugusel l VH-st asub mikrofon M , mis muudab heli 
võnkumised uuesti elektrilisteks võnkumisteks. 
Need elektrilised võnkumised antakse edasi ostsilloskoobi Y sisendile . Ostsilloskoobi 
x  sisend on ühendatud heligeneraatori väljundiga. Y- teljele antav pinge sunnib elektronkiirt 
võnkuma vertikaal sihis. X- teljele rakendatud pinge – horisontaalsihis. 
Seega  liigub  kiir   ekraanil   mööda  trajektoori,  mis  vastab  sama  sagedusega  ristsihiliste 
võnkumiste liitumisele. 
 
Kuna  kiirt  juhivad  korraga  mõlemale  teljele  rakendatud  siinuseliselt  muutuv  pinge,  siis 
saadakse vastavalt võnkumiste teooriale kiire trajektoori võrrandiks ellipsi võrrand. 
Kui  aga  kahe  risti  oleva  siinuse   kujulise   signaali   liitmine   toimub  punktis,  kus   siinus   läbib 
nulli,  siis  saame  kiire  trajektoori  võrrandiks   sirgjoone   võrrandi  ja  näeme  ostsilloskoobi 
ekraanil sirgjoont mingi kaldega. 
 
Lähtudes  sellest,  saame  meetodi  lainepikkuse  määramiseks.  Selle  määramiseks,  leitakse 
mikrofoni  ja valjuhääldi vastastikune asend, kus ostsilloskoobi ekraanil nähtav  ellips  muutub 
sirgjooneks.  Jälgides  ellipsit  ekraanil  liigutame  mikrofoni  valjuhääldi  suhtes  seni,  kuni 
ekraanile ilmub jälle  sirgjoon . Teostatud nihke suurus võrdub poole lainepikkusega. 
 
 
Katse Nr. 
    f , Hz 
   l0 , cm 
   ln , cm 
 Δln , cm 
     λ , m 
1. 
 
2,4 
5,9 
3,5 
0,07 
2. 
 
5,9 
9,3 
3,4 
0,068 
3. 
 
9,3 
12,8 
3,5 
0,07 
4. 
   5000 Hz 
12,8 
16,3 
3,5 
0,07 
5. 
 
16,3 
19,6 
3,3 
0,066 
6. 
 
19,6 
23,2 
3,6 
0,072 
                                                                                                        Keskmine: 
Keskmine: 
                                                                                                             3,46   
   0,0692 
 
 
 
t = 21,9 0C 
T= 21,9 + 273 = 294,9 K 
 
Heli kiirus: 
ν = λ ∙ ƒ   
v= 6,92 ∙ 5000 = 346m/s 
 
Kontrollarvutused: 
𝝁𝝂𝟐
𝟐𝟗∙𝟏𝟎−𝟑  ∙ 𝟑𝟒𝟔𝟐
χ = 
 = 
 = 1,41m/s 
𝑹𝑻
𝟖,𝟑𝟏∙𝟐𝟗𝟓,𝟖
 
𝝂
𝟑𝟒𝟔
V0 = 
 = 
  =  331,5m/s 
𝟏+𝟎,𝟎𝟎𝟐𝒕 𝟏+𝟎,𝟎𝟎𝟐∙𝟐𝟏,𝟗
 
 
Tegelik χ = 1,40m/s 
Tegelik v0 = 331m/s 
 
Töö Järeldus: 
 
Arvutustulemused  olid  käsiraamatus  antutest natukene väiksemad, sest meie saadud kiirus on 
346m/s  temperatuuril  21,9  0C,  see  on  natukene  suurem  käsiraamatu  tulemusesest,  mis  on 
märgitud selle temperatuuri kohta.  Tegelik χ oli 1,40m/s ning meie arvutustulemustel saadud 
tulemus on 1,41m/s.